2 Биполярные транзисторы

Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими p-n переходами и тремя выводами.

Биполярным транзистор называется потому, что его работа основана на использовании носителей заряда обоих знаков (электронов и дырок).

Биполярные транзисторы бывают p-n-p и n-p-n проводимости. В транзисторах p-n-p проводимости стрелка направлена к базе, основными носителями заряда являются дырки. В транзисторах n-p-n проводимости стрелка направлена от базы, основными носителями заряда являются электроны. И в том, и в другом случае стрелка указывает направление эмиттерного тока.

Обозначение:

Если транзистор рассматривать как узловую точку, тогда справедлив 1-й закон Кирхгофа (сумма входящих токов равна сумме выходящих), т.е.:

–основное уравнение транзистора

Из этого выражения вытекает: - это максимальный ток транзистора.

Переход между эмиттером и базой получил название эмиттерного перехода (ЭП), переход между коллектором и базой называется «коллекторный переход» (КП).

2.1 Назначение областей транзистора

Эмиттер – осуществляет инжекцию ОНЗ в базу.

Инжекция – это введение основных носителей заряда в ту область, где они являются неосновными, при прямом включении перехода. Другими словами, инжекция - это интенсивная диффузия.

База – область, куда инжектируются эмиттером НЗ.

Коллектор – осуществляет экстракцию ННЗ.

Экстракция – это переброс ННЗ через переход ускоряющим полем.

2.2 Принцип работы транзистора

p ЭП n КП p

I_ЭР I_КР

Э К

I_Э I_Эn I_РЕК I_КБО I_К

Е_ВН

Iэ б iк

I_Б Е_ВНЕШН

+ I_Б +

U_ПР U_ОБР

Пусть транзистор находится в активном (рабочем) режиме, т.е. на ЭП подано прямое напряжение, а на КП – обратное.

При этом возникает инжекция дырок из эмиттера в базу, в обратном направлении будет происходить инжекция электронов. Ток, проходящий через ЭП, равен сумме дырочной и электронной составляющих: .

Т.к. концентрация ОНЗ в эмиттере много больше концентрации ОНЗ в базе, то инжекция дырок будет преобладать над инжекцией электронов, т.е. .

Пришедшие в базу дырки начинают рекомбинировать с электронами. Но рекомбинация – процесс не мгновенный. Поэтому бо́льшая часть дырок успевает пройти через тонкий слой базы и достигнуть КП. Суммарное поле КП () является ускоряющим для дырок, поэтому дырки перебрасываются этим полем через КП (происходит экстракция ННЗ) и участвуют в образовании дырочной составляющей коллекторного тока (управляемая часть коллекторного тока).Т.к. КП находится под обратным напряжением, через него протекает еще один ток – неуправляемый тепловой ток коллекторного перехода . Суммарный ток коллектора равен:. Т.к. тепловой ток мал, то.

Те дырки, которые всё же успевают прорекомбинировать с электронами в базе, участвуют в создании тока рекомбинации .

Таким образом, суммарный ток базы равен:

Все составляющие этого тока малы, следовательно, ток базы также мал.